Гафний, металл Hf, рақами атоми 72, вазни атомиаш 178,49, металли тобиши нуқраи хокистарии гузаранда аст.
Гафний дорои шаш изотопи аз ҷиҳати табиӣ устувор: гафний 174, 176, 177, 178, 179 ва 180. Гафний бо кислотаи гидрохлоридӣ, кислотаи сулфати сулфат ва маҳлулҳои қавии ишқорӣ реаксия намедиҳад, аммо дар кислотаи гидрофторӣ ва кислотаи рефторӣ ҳал мешавад. Номи элемент аз номи лотинии шаҳри Копенгаген меояд.
Дар соли 1925 химики шведӣ Хервей ва физики Голландия Костер бо роҳи кристаллизатсияи намакҳои мураккаби фтордор намаки холиси гафний гирифта, онро бо натрийи металлӣ коҳиш дода, гафнийи тозаи металлӣ ба даст оварданд. Гафний 0,00045% кишри заминро дар бар мегирад ва аксар вақт дар табиат бо цирконий алоқаманд аст.
Номи маҳсулот: hafnium
Аломати элемент: Hf
Вазни атомӣ: 178.49
Навъи элемент: унсури металлӣ
Хусусиятҳои физикӣ:
Гафнийфилизи нуқрагии хокистарранг бо дурахши металлӣ; Ду варианти гафнийи металлӣ вуҷуд дорад: α Гафний як варианти шашкунҷаи зич басташуда (1750 ℃) бо ҳарорати табдили баландтар аз цирконий мебошад. Гафнийи металлӣ дар ҳарорати баланд вариантҳои аллотропӣ дорад. Гафнийи металлӣ дорои буриши баланди нейтронӣ буда, ҳамчун маводи назоратӣ барои реакторҳо истифода мешавад.
Ду намуди сохторҳои кристаллӣ мавҷуданд: бастабандии зиччи шашкунҷа дар ҳарорати аз 1300 ℃（ α- Муодила); Дар ҳарорати болотар аз 1300 ℃, он мукааби бадан мутамарказ аст (β- Муодила). Металли дорои пластикӣ, ки дар ҳузури наҷосат сахт мешавад ва шикаста мешавад. Дар ҳаво устувор аст, танҳо ҳангоми сӯхтан дар рӯи он тира мешавад. Филаментҳоро аз шуълаи гугирд даргиронда метавонанд. Хусусиятҳои монанд ба цирконий. Он бо об, кислотаҳои ҳалшуда ё асосҳои қавӣ реаксия намекунад, аммо дар обҳои обӣ ва кислотаи гидрофторӣ ба осонӣ ҳал мешавад. Асосан дар пайвастагиҳои дорои валенти а+4. Хӯлаи гафний (Ta4HfC5) маълум аст, ки нуқтаи обшавии баландтарин (тақрибан 4215 ℃) дорад.
Сохтори кристалл: Ҳуҷайраи кристалл шашкунҷа аст
Рақами CAS: 7440-58-6
Нуқтаи обшавӣ: 2227 ℃
Нуқтаи ҷӯшон: 4602 ℃
Хусусиятҳои химиявӣ:
Хусусиятҳои химиявии гафний ба сирконий хеле монанданд ва он ба зангзании хуб тобовар аст ва бо маҳлулҳои обии умумии кислотаи ишғолӣ ба осонӣ занг намезанад; Ба осонӣ дар кислотаи гидрофторӣ ҳал мешавад, то комплексҳои фтордорро ташкил кунад. Дар ҳарорати баланд, гафний инчунин метавонад мустақиман бо газҳо ба монанди оксиген ва нитроген пайваст шуда, оксидҳо ва нитридҳоро ташкил кунад.
Гафний аксар вақт дар пайвастагиҳо валенти +4 дорад. Мушкилоти асосӣ ин астоксиди гафнийHfO2. Се варианти гуногуни оксиди гафний вуҷуд дорад:оксиди гафнийки дар натичаи калцинкунии доимии сулфати гафний ва оксиди хлориди ба даст овардашуда варианти моноклиникй мебошад; Оксиди гафний, ки тавассути гарм кардани гидроксиди гафний дар тақрибан 400 ℃ ба даст омадааст, варианти тетрагоналӣ мебошад; Агар аз 1000 ℃ калсий карда шавад, варианти мукааб ба даст овардан мумкин аст. Мушкилоти дигар асттетрахлориди гафний, ки ашьёи хоми тайёр кардани металли гафний мебошад ва бо рохи реак-цияи гази хлор ба омехтаи оксиди гафний ва карбон тайёр кардан мумкин аст. Тетрахлориди гафний бо об тамос мегирад ва дарҳол ба ионҳои хеле устувори HfO (4H2O) 2+ гидролиз мешавад. HfO2+ионҳо дар бисёр пайвастагиҳои гафний мавҷуданд ва метавонанд кристаллҳои сӯзаншакли гидратшудаи оксихлориди гафний HfOCl2 · 8H2O-ро дар маҳлули кислотаи тетрахлориди гафний кристалл кунанд.
Гафнийи 4-валентӣ инчунин моил аст, ки бо фторид комплексҳо ба вуҷуд оранд, ки аз K2HfF6, K3HfF7, (NH4) 2HfF6 ва (NH4) 3HfF7 иборатанд. Ин комплексҳо барои ҷудо кардани цирконий ва гафний истифода шудаанд.
Компонентҳои маъмул:
Диоксиди гафний: номаш диоксиди гафний; дуоксиди гафний; Формулаи молекулавӣ: HfO2 [4]; Амвол: Хокаи сафед бо се сохтори кристаллӣ: моноклиникӣ, тетрагоналӣ ва кубӣ. Зичии онҳо мутаносибан 10,3, 10,1 ва 10,43 г/см3 мебошад. Нуқтаи обшавии 2780-2920К. Нуқтаи ҷӯшон 5400K. Коэффисиенти васеъшавии гармӣ 5,8 × 10-6 / ℃. Дар об, кислотаи гидрохлорид ва кислотаи нитрат ҳал намешавад, аммо дар кислотаи консентратсияи сулфат ва кислотаи гидрофторӣ ҳал мешавад. Дар натиҷаи таҷзияи гармӣ ё гидролизи пайвастагиҳо ба монанди сулфати гафний ва оксихлориди гафний ҳосил мешавад. Ашьёи хом барои истехсоли металли гафний ва хӯлаҳои гафний. Ҳамчун маводи оташ тобовар, қабатҳои зидди радиоактивӣ ва катализаторҳо истифода мешаванд. [5] Сатҳи энергияи атомии HfO маҳсулотест, ки ҳамзамон ҳангоми истеҳсоли сатҳи энергияи атомии ZrO ба даст меояд. Аз хлоризатсияи дуюмдараҷа сар карда, равандҳои тозакунӣ, коҳиш ва дистилятсияи вакуумӣ бо равандҳои цирконий тақрибан якхелаанд.
Гафний тетрахлориди: Хлориди Гафний (IV), Гафний тетрахлориди Формулаи молекулавӣ HfCl4 Вазни молекулавӣ 320,30 Хусусият: Блоки кристаллии сафед. Ҳассос ба намӣ. Дар ацетон ва метанол ҳал мешавад. Гидролиз дар об барои ҳосил кардани оксихлориди гафний (HfOCl2). То 250 ℃ гарм кунед ва бухор кунед. Ба чашмҳо, системаи нафаскашӣ ва пӯст таъсир мерасонад.
Гидроксиди гафний: Гидроксиди гафний (H4HfO4), ки одатан ҳамчун оксиди гидратшуда HfO2 · nH2O мавҷуд аст, дар об ҳал намешавад, дар кислотаҳои ғайриорганикӣ ба осонӣ ҳал мешавад, дар аммиак ҳал намешавад ва дар гидроксиди натрий хеле кам ҳал мешавад. То 100 ℃ гарм кунед, то гидроксиди гафний HfO (OH) ҳосил шавад 2. Бо реаксияи намаки гафний (IV) бо оби аммиак ҳосили сафеди гидроксиди гафний гирифтан мумкин аст. Онро барои тавлиди дигар пайвастагиҳои гафний истифода бурдан мумкин аст.
Таърихи тадқиқот
Таърихи кашф:
Соли 1923 химики шведӣ Ҳервей ва физики ҳолландӣ Д.Костер гафнийро дар сиркони дар Норвегия ва Гренландия тавлидшуда кашф карданд ва онро гафний ном доданд, ки аз номи лотинии Hafnia of Copenhagen сарчашма мегирад. Дар соли 1925 Герви ва Костер цирконий ва титанро бо усули кристаллизатсияи фракционии намакхои комплексии фтордор барои ба даст овардани намаки гафнийи холис чудо карданд; Ва намаки гафнийро бо натрийи металлӣ кам кунед, то гафнийи тозаи металлӣ ба даст оред. Хервей намунаи якчанд миллиграмм гафнийи соф тайёр кард.
Таҷрибаҳои химиявӣ дар цирконий ва гафний:
Дар таҷрибае, ки аз ҷониби профессор Карл Коллинз дар Донишгоҳи Техас дар соли 1998 гузаронида шуд, иддао карда шуд, ки гамма гафнийи 178 м2 (изомери гафний-178 м2 [7]) метавонад энергияи азимро ҷудо кунад, ки аз реаксияҳои кимиёвӣ панҷ дараҷа баландтар аст, аммо се баробар калонтар аз реакцияхои ядрой. [8] Hf178m2 (гафний 178м2) дар байни изотопҳои шабеҳи дарозумр умри дарозтарин дорад: Hf178m2 (гафний 178м2) нисфи умри 31 сол дорад, ки дар натиҷа радиоактивии табиӣ тақрибан 1,6 триллион Беккерелро ташкил медиҳад. Дар гузориши Коллинз гуфта мешавад, ки як грамм Hf178 м2 (гафний 178 м2) тақрибан 1330 мегаҷоул дорад, ки ба энергияе, ки дар натиҷаи таркиши 300 кило маводи таркандаи тротил ба вуҷуд омадааст, баробар аст. Гузориши Коллинз нишон медиҳад, ки тамоми энергия дар ин реаксия дар шакли рентген ё шуоъҳои гамма, ки энергияро бо суръати бениҳоят тез ҷудо мекунанд ва Hf178m2 (гафний 178м2) то ҳол дар консентратсияи ниҳоят паст реаксия карда метавонад. [9] Пентагон барои тадқиқот маблағ ҷудо кардааст. Дар таҷриба таносуби сигнал ба садо хеле паст буд (бо хатогиҳои назаррас) ва аз он вақт инҷониб, сарфи назар аз таҷрибаҳои сершумори олимон аз созмонҳои гуногун, аз ҷумла Агентии таҳқиқоти лоиҳаҳои пешрафтаи мудофиаи ИМА (DARPA) ва JASON Advisory. Гурӯҳи [13], ҳеҷ олим дар шароите, ки Коллинз гуфта буд, натавонистааст ба ин реаксия ноил шавад ва Коллинз барои исботи мавҷудияти ин реаксия далели қавӣ наовард, Коллинз усули истифодаи радиатсияи индуксионии гамма барои баровардани энергияро пешниҳод кард. Hf178m2 (гафний 178м2) [15], аммо олимони дигар аз ҷиҳати назариявӣ исбот кардаанд, ки ин реаксияро ба даст овардан ғайриимкон аст. [16] Hf178m2 (гафний 178м2) дар ҷомеаи илмӣ ба таври васеъ боварӣ дорад, ки манбаи энергия нест
Майдони дархост:
Гафний аз сабаби қобилияти баровардани электронҳо хеле муфид аст, ба монанди он, ки ҳамчун нах дар лампаҳои лампаҳо истифода мешавад. Ҳамчун катод барои найҳои рентгенӣ ва хӯлаҳои гафний ва вольфрам ё молибден ҳамчун электродҳо барои қубурҳои разряди баландшиддат истифода мешаванд. Одатан дар саноати истеҳсоли сими катод ва вольфрам барои рентген истифода мешавад. Гафнийи тоза аз сабаби пластикӣ, коркарди осон, муқовимат ба ҳарорати баланд ва муқовимат ба зангзанӣ як маводи муҳим дар саноати энергетикаи атомӣ мебошад. Гафний дорои буриши бузурги нейтронҳои гармӣ мебошад ва як абсорбери идеалии нейтронӣ мебошад, ки онро ҳамчун асои идоракунӣ ва дастгоҳи муҳофизатӣ барои реакторҳои атомӣ истифода бурдан мумкин аст. Хокаи гафнийро хамчун пропелланти ракетахо истифода бурдан мумкин аст. Катодхои найхои рентгениро дар саноати электротехники истехсол кардан мумкин аст. Хӯлаи гафний метавонад ҳамчун қабати муҳофизатии пеш барои соплоҳои мушакӣ ва парвози ҳавопаймоҳо хидмат кунад, дар ҳоле ки хӯлаи Hf Ta метавонад барои истеҳсоли пӯлоди асбобҳо ва маводи муқовимат истифода шавад. Гафний ҳамчун элементи иловаги дар хӯлаҳои ба гармӣ тобовар, аз қабили волфрам, молибден ва тантал истифода мешавад. HfC аз сабаби сахтии баланд ва нуқтаи обшавии он метавонад ҳамчун илова барои хӯлаҳои сахт истифода шавад. Нуқтаи обшавии 4TaCHfC тақрибан 4215 ℃ аст, ки он пайвастагиро бо баландтарин нуқтаи обшавии маълум месозад. Гафниумро метавон ҳамчун як гиреҳ дар бисёр системаҳои таваррум истифода бурд. Гирандагони гафний метавонанд газҳои нолозимро, аз қабили оксиген ва нитроген, ки дар система мавҷуданд, хориҷ кунанд. Гафний аксар вақт ҳамчун илова дар равғани гидравликӣ барои пешгирӣ кардани ноустувории равғани гидравликӣ ҳангоми амалиёти хатарнок истифода мешавад ва дорои хосиятҳои қавии зидди ноустуворӣ мебошад. Аз ин рӯ, он одатан дар равғани гидравликии саноатӣ истифода мешавад. Равғани гидравликии тиббӣ.
Унсури Hafnium низ дар навтарин нанопротсессори Intel 45 истифода мешавад. Аз сабаби истеҳсоли оксиди кремний (SiO2) ва қобилияти кам кардани ғафсӣ барои пайваста беҳтар кардани кори транзистор, истеҳсолкунандагони протсессор диоксиди кремнийро ҳамчун мавод барои диэлектрикҳои дарвоза истифода мебаранд. Вақте ки Intel раванди истеҳсоли 65 нанометрро ҷорӣ кард, гарчанде ки он тамоми кӯшишро ба харҷ дода буд, ки ғафсии диэлектрики дарвозаи кремнийи диоксиди кремний то 1,2 нанометр, ки ба 5 қабати атом баробар аст, душвории масрафи нерӯ ва паҳншавии гармӣ низ ҳангоми транзистор афзоиш хоҳад ёфт. ба андозаи як атом кам шуд, ки дар натиҷа партовҳои ҷорӣ ва энергияи гармии нодаркор ба вуҷуд омад. Аз ин рӯ, агар истифодаи маводи ҷорӣ идома дода шавад ва ғафсӣ минбаъд кам карда шавад, ихроҷи диэлектрики дарвоза ба таври назаррас афзоиш хоҳад ёфт, Технологияи транзисторро ба ҳадди худ коҳиш медиҳад. Барои ҳалли ин масъалаи муҳим, Intel нақша дорад, ки маводи ғафси баландтари K (маводи гафний) ба ҷои диоксиди кремний ҳамчун диэлектрикҳои дарвоза истифода шавад, ки ихроҷро бомуваффақият беш аз 10 маротиба кам кардааст. Дар муқоиса бо насли қаблии технологияи 65 нм, раванди 45 нм-и Intel зичии транзисторро тақрибан ду маротиба зиёд мекунад ва имкон медиҳад, ки шумораи умумии транзисторҳо афзоиш ёбад ё ҳаҷми протсессор кам шавад. Илова бар ин, қувваи лозим барои гузариши транзистор камтар аст, ки истеъмоли қувваи барқро тақрибан 30% кам мекунад. Пайвастҳои дохилӣ аз сими мис сохта шудаанд, ки бо диэлектрики пасти k ҷуфт карда шудаанд, самаранокии онро бемайлон беҳтар мекунанд ва масрафи барқро кам мекунанд ва суръати гузариш тақрибан 20% тезтар аст.
Тақсимоти минералӣ:
Гафний нисбат ба металлҳои маъмулан истифодашаванда, аз қабили висмут, кадмий ва симоб миқдори зиёди қаҳваранг дорад ва аз ҷиҳати мундариҷа ба бериллий, германий ва уран баробар аст. Ҳама маъданҳои дорои цирконий дорои гафний мебошанд. Циркони дар саноат истифодашаванда дар таркибаш 0,5—2% гафний дорад. Циркон бериллий (Алвит) дар маъдани цирконий дуюмдараҷа метавонад то 15% гафний дошта бошад. Инчунин як намуди циркони метаморфӣ, циртолит мавҷуд аст, ки зиёда аз 5% HfO дорад. Захирахои ду маъданхои охирин каманд ва хануз дар саноат чорй карда нашудаанд. Гафний асосан ҳангоми истеҳсоли цирконий барқарор карда мешавад.
Он дар аксари маъданҳои цирконий мавҷуд аст. [18] [19] Зеро дар ќадре мазмуни хеле кам аст. Он аксар вақт бо цирконий якҷоя зиндагӣ мекунад ва маъдани алоҳида надорад.
Усули омодагӣ:
1. Онро бо роҳи коҳиш додани магнийи тетрахлориди гафний ё таҷзияи гармии йодиди гафний омода кардан мумкин аст. HfCl4 ва K2HfF6 хамчун ашьёи хом низ истифода бурдан мумкин аст. Раванди истеҳсоли электролитӣ дар NaCl KCl HfCl4 ё K2HfF6 ба истеҳсоли электролитии цирконий монанд аст.
2. Гафний бо цирконий хамзист ва барои гафний ашёи хоми алохида вучуд надорад. Ашёи хоми истеҳсоли гафний оксиди хоми гафний мебошад, ки дар ҷараёни истеҳсоли цирконий ҷудо карда мешавад. Оксиди гафнийро бо истифода аз қатрони ивазкунандаи ионҳо ҷудо кунед ва баъд бо ҳамон усули цирконий аз ин оксиди гафний гафнийи металлӣ тайёр кунед.
3. Онро тавассути гарм кардани тетрахлориди гафний (HfCl4) бо натрий тавассути редуксия омода кардан мумкин аст.
Усулҳои аввалини ҷудо кардани цирконий ва гафний ин кристаллизатсияи намакҳои мураккаби фтордор ва боришоти фраксионии фосфатҳо буданд. Ин усулҳо барои кор душвор буда, бо истифодаи лабораторӣ маҳдуданд. Технологияҳои нави ҷудо кардани цирконий ва гафний, аз қабили дистилятсияи фраксия, экстраксияи ҳалкунанда, мубодилаи ионҳо ва адсорбсияи фраксияҳо паи ҳам пайдо шуданд, ки экстраксияи маҳлул бештар амалӣ аст. Ду системаи ҷудокунии маъмулан истифодашаванда системаи сиклогексанони тиоцианат ва системаи кислотаи нитрати трибутилфосфат мебошанд. Маҳсулоте, ки бо усулҳои дар боло овардашуда ба даст оварда шудаанд, ҳама гидроксиди гафний мебошанд ва оксиди холиси гафнийро бо роҳи калцинкунӣ ба даст овардан мумкин аст. Гафнийи тозаи баландро бо усули мубодилаи ион ба даст овардан мумкин аст.
Дар саноат, истеҳсоли металли гафний аксар вақт ҳам раванди Кролл ва ҳам раванди Дебор Акерро дар бар мегирад. Раванди Кролл коҳиши тетрахлориди гафнийро бо истифода аз магнийи металлӣ дар бар мегирад:
2Mg+HfCl4- → 2MgCl2+Hf
Усули Дебор Акер, ки ҳамчун усули йодизатсия маъруф аст, барои тоза кардани исфанҷеро ба мисли гафний ва ба даст овардани гафнийи металлии тағйирёбанда истифода мебарад.
5. Гудохтани гафний аслан бо зиркониум баробар аст:
Қадами аввал таҷзияи маъдан мебошад, ки се усулро дар бар мегирад: хлоризатсияи циркон барои ба даст овардани (Zr, Hf) Cl. Обшавии сілтӣ аз циркон. Циркон бо NaOH тақрибан дар ҳарорати 600 гудохта мешавад ва зиёда аз 90% (Zr, Hf) O ба Na (Zr, Hf) O мубаддал мешавад ва SiO ба NaSiO табдил меёбад, ки барои хориҷ кардан дар об ҳал мешавад. Na (Zr, Hf) O метавонад ҳамчун маҳлули аслӣ барои ҷудо кардани цирконий ва гафний пас аз об шудан дар HNO истифода шавад. Аммо, мавҷудияти коллоидҳои SiO ҷудокунии истихроҷи ҳалкунандаро мушкил мекунад. Бо KSiF агломератсия карда, дар об тар карда, маҳлули K (Zr, Hf) F ҳосил кунед. Маҳлул метавонад цирконий ва гафнийро тавассути кристаллизатсияи фраксионӣ ҷудо кунад;
Қадами дуюм ҷудокунии цирконий ва гафний мебошад, ки онро бо истифода аз усулҳои ҷудокунии экстраксияи ҳалкунанда бо истифода аз системаи кислотаи гидрохлоридӣ MIBK (метил изобутил кетон) ва системаи HNO-TBP (трибутилфосфат) ба даст овардан мумкин аст. Технологияи фракционии бисьёрзинапй бо истифода аз фарки фишори буги байни HfCl ва ZrCl дар зери фишори баланд (зиёда аз 20 атмосфера) гудохта шудааст, ки ин процесси хлоркунии дуйумро сарфа карда, харочотро кам мекунад. Бо вуҷуди ин, аз сабаби мушкилоти зангзании (Zr, Hf) Cl ва HCl, пайдо кардани маводи мувофиқи сутуни фраксия осон нест ва он инчунин сифати ZrCl ва HfCl-ро коҳиш дода, хароҷоти тозакуниро зиёд мекунад. Дар солҳои 1970-ум, он ҳанӯз дар марҳилаи озмоиши мобайнӣ буд;
Қадами сеюм хлори дуюмдараҷаи HfO барои ба даст овардани HfCl хом барои коҳиш;
Қадами чорум тозакунии HfCl ва коҳиши магний мебошад. Ин раванд ба тозакунӣ ва кам кардани ZrCl монанд аст ва маҳсулоти нимтайёри дар натиҷа гафнийи исфанҷӣ дағал мебошад;
Қадами панҷум ин тозакунии гафнийи хоми исфанҷӣ барои хориҷ кардани MgCl ва барқарор кардани магнийи зиёдатии металлӣ мебошад, ки дар натиҷа маҳсулоти тайёри гафнийи исфанҷӣ ба даст меояд. Агар редуктор ба ҷои магний натрийро истифода барад, қадами панҷум бояд ба об мондан иваз карда шавад.
Усули нигоҳдорӣ:
Дар анбори хунук ва вентилятсияшуда нигоҳ доред. Аз шарораҳо ва манбаъҳои гармӣ дур нигоҳ доред. Он бояд аз оксидантҳо, кислотаҳо, галогенҳо ва ғайра ҷудо нигоҳ дошта шавад ва аз нигоҳдории омехта худдорӣ намоед. Истифодаи равшанӣ ва вентилятсияи аз таркиш тобовар. Истифодаи тачхизоти механикй ва асбобхоеро, ки ба шарорахо майл доранд, манъ кунед. Минтақаи нигоҳдорӣ бояд бо маводи мувофиқ муҷаҳҳаз карда шавад, то ки ихроҷро нигоҳ дорад.
Вақти фиристодан: сентябр-25-2023